TUGAS AKHIR (MO 141326) STUDI EKSPERIMEN SCOURING PADA PIPA AKIBAT GELOMBANG IREGULER DENGAN KONDISI MELETAK DAN IN-TRENCH

TUGAS AKHIR (MO 141326)

STUDI EKSPERIMEN SCOURING PADA PIPA

AKIBAT GELOMBANG

IREGULER DENGAN KONDISI MELETAK DAN IN-TRENCH DIMAS RAMADHAN NRP. 4313100073

DOSEN PEMBIMBING : Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph. D.

Drs. Mahmud Mustain, M. Sc., Ph. D. DEPARTEMEN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

FINAL PROJECT (MO 141326) EXPERIMENTAL STUDY OF SCOURING BELOW PIPE DUE TO IRREGULAR WAVES WITH LAID AND

IN-TRENCH CONDITION DIMAS RAMADHAN NRP. 4313100073

SUPERVISORS : Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph. D.

Drs. Mahmud Mustain, M. Sc., Ph. D. OCEAN ENGINEERING DEPARTEMENT FACULTY OF MARINE TECHNOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

STUDI EKSPERIMEN SCOURING PADA PIPA AKIBAT GELOMBANG

IREGULER DENGAN KONDISI MELETAK DAN IN-TRENCH

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Program S-1 Departemen Teknik Kelautan

Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

DIMAS RAMADHAN NRP. 4313100073

Disetujui Oleh : 1. Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph. D.

(Pembimbing I) ..............................................................................................................

2. Drs. Mahmud Mustain, M. Sc., Ph. D.

(Pembimbing II) ..............................................................................................................

3. Dr. Ir. Wahyudi Citrosiswoyo, M. Sc.

(Penguji I) ..............................................................................................................

4. Dr. Ir. Hasan Ikhwani, M. Sc.

(Penguji II) ..............................................................................................................

Surabaya, Juli 2017

STUDI EKSPERIMEN SCOURING PADA PIPA AKIBAT GELOMBANG

IREGULER DENGAN KONDISI MELETAK DAN IN-TRENCH

Nama : Dimas Ramadhan NRP : 4313100073 Jurusan : Teknik Kelautan Dosen Pembimbing : Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph. D. Drs. M. Mustain, M. Sc., Ph. D.

ABSTRAK

Scouring merupakan fenomena alam penggerusan tanah yang diakibatkan oleh arus

dan gelombang. Pipa bawah laut sangat rawan sekali terjadi scouring, baik yang posisi meletak maupun yang terkubur (in-trench). Scouring mengakibatkan terjadinya free span yang tiap waktu semakin membesar. Apabila dibiarkan, akan mengakibatkan ketidakstabilan pipa, sehingga dapat memicu kegagalan. Karena dapat membahayakan struktur pipa bawah laut, maka dalam tugas akhir

scouring

ini akan dibahas tentang studi eksperimen scouring pada pipa. Ukuran diameter pipa yang digunakan dalam eksperimen adalah 1,5 inch dan panjang 25 cm. Pasir yang digunakan dalam pengujian adalah pasir pantai dengan specific gravity (GS) = 2,85 dan d = 0,55 mm. Pipa tersebut akan diuji di flume tank dengan pengaruh

gelombang ireguler. Terdapat 12 variasi yang dilakukan dalam eksperimen ini, 3 variasi Hi (7 cm, 6 cm dan 5 cm) dan 4 variasi peletakan (e/D = 0, e/D = -0,052, e/D = -0,079 dan e/D = -0,105). Setiap variasi dilakukan selama 40 menit, dan direkam menggunakan kamera. Tiap lima menit sekali, perubahan profil akan difoto. Hasil dari foto tersebut akan diplot ke AutoCAD kemudian diolah menggunakan Microsoft Excel untuk mengetahui kedalaman dan lebar dari perubahan profil 2D scouring. Sedangkan untuk mengetahui laju propagasi

scouring , dapat diketahui dengan perhitungan empiris. Pada pipa kondisi meletak

(e/D = 0), kedalaman scouring (S /D) yang terbentuk berkisar antara 0

– 0,276 dengan lebar scouring (W /D) berkisar antara 0

– 1,995. Pada pipa kondisi in-

(e/D 0), kedalaman scouring (S /D) yang terbentuk lebih kecil, yaitu

trench  m

berkisar antara 0 /D) yang terbentuk juga lebih kecil,

– 0,249. Lebar scouring (W m yaitu berkisar antara 0
– 1,654. Laju propagasi scouring pada kondisi meletak (e/D = 0) berkisar antara 0,0015
– 0,0029 m/s. Sedangkan pada kondisi in-trench (e/D 0), laju propagasi scouring berkisar antara 0 m/s



– 0,0035 m/s. Berdasarkan grafik hubungan dengan parameter-parameter tak berdimensi, seperti wave

steepness (H/gT ), bilangan KC, burial depth to diameter ratio (e/D), mobility

) dapat ditarik kesimpulan bahwa tinggi

parameter 

(Ψ) dan shield parameter ( gelombang dan bilangan KC berbanding lurus dengan besar kedalaman dan lebar

scouring yang terbentuk. A

pabila e/D ≤ 0, semakin besar nilai e/D, maka kedalaman dan lebar scouring yang terbentuk juga semakin besar. Dan sebaliknya apabila e/D 0, semakin besar nilai e/D, maka kedalaman dan lebar scouring yang terbentuk



semakin kecil. Selain itu, semakin besar butiran sedimen di sekitar struktur pipa, maka semakin kasar permukaan sedimennya, sehingga kedalaman dan lebar yang terbentuk semakin kecil.

scouring Kata kunci : scouring, gelombang ireguler, pipa, meletak, in-trench, studi eksperimen

EXPERIMENTAL STUDY OF SCOURING BELOW PIPE DUE TO

IRREGULAR WAVES WITH LAID AND IN-TRENCH CONDITIONS

Name : Dimas Ramadhan NRP : 4313100073 Departement : Ocean Engineering Supervisors : Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph. D. Drs. M. Mustain, M. Sc., Ph. D.

ABSTRACT

Scouring is a natural phenomenon caused by currents and waves. Submarine pipelines are very vulnerable to scouring, either in laid on the seabed or buried below it (in-trench). Scouring resulted the occurrence of free span that each time is getting larger. If left unchecked, it will cause instability of the pipe, so it can trigger a failure. Because scouring could harm the structure of subsea pipes, so in this final project will be discussed about the experimental study of scouring below pipe. The diameter of the pipe that is used in the experiment is 1.5 inches and 25 cm in length. The sand that is used in the test is a sand beach with specific gravity (GS) = 2.85 and d = 0.55 mm. The pipe will be tested on flume tank in irregular waves. There

are 12 variations in this experiment, 3 variations of wave height Hi (7 cm, 6 cm and 5 cm) and 4 variations of laying condition (e / D = 0, e / D = -0.052, e / D = -0.079 and e / D = -0.105). Each variation is done for 40 minutes, and recorded by the camera. Every five minutes, a profile changes will be photographed. The result of the photo will be plotted to AutoCAD then processed using Microsoft Excel to get the scour depth and scour width from the 2D profile changes. On the laid pipe (e/D = 0), the scour depth that is formed (S /D) ranged between 0

– 0,276 with the scour width (W /D) ranged between 0 0), the scour

m – 1,995. On the in-trench pipe (e/D 

depth (S /D) that is formed smaller, ranged between 0

– 0,249. The scour width (W /D) that is formed also smaller, ranged between 0

– 1,654. The scour propagation rate on laid pipe (e/D = 0) ranged between 0,0015 m/s – 0,0029 m/s.

While on in-trench pipe (e/D 0), the scour propagation rate ranged between 0 m/s



– 0,0035 m/s. Based on graph of relationship with dimensionless parameters, such

as wave steepness (H/gT ), KC number, burial depth to diameter ratio (e/D), mobility parameter (Ψ) and shield parameter () can be drawn conclusions that the wave height and the KC number is proportional to the scour depth and scour width that are formed. If e / D ≤ 0, the greater the value of e / D, then the scour depth and scour width that is formed also greater. And otherwise if e / D

 0, the greater the value of e / D, then the scour depth and scour width that are formed are smaller. Moreover, the larger the sediment grains around the pipe structure, the more rough the surface of the sediment, so the scour depth and scour width that are formed are smaller.

Keyword : scouring, irregular waves, pipe, laid, in-trench, experimental study

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah , segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah

Subhanahu Wa Ta’ala, karena berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul

“Studi Eksperimen Scouring pada Pipa Akibat Gelombang Ireguler dengan Kondisi Meletak dan In- Trench

” dengan baik dan lancar. Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini

adalah sebagai persyaratan dalam menyelesaikan Program Studi S-1 Departemen Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Tugas Akhir ini membahas tentang masalah scouring akibat pengaruh gelombang ireguler dan posisi peletakan pipa.

Dalam penyusunan laporan ini, penulis mohon maaf apabila terdapat kesalahan dan kekurangan. Kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan oleh penulis untuk perbaikan selanjutnya. Harapan penulis adalah semoga laporan ini dapat memberikan manfaat yang baik bagi perkembangan teknologi di Indonesia terutama dalam bidang rekayasa pantai.

Surabaya, 20 Juli 2017 Dimas Ramadhan

UCAPAN TERIMA KASIH

Dalam serangkaian kegiatan penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung mulai dari pemilihan topik hingga penyelesaian laporan. Penulis mengucapkan banyak terimakasih, khususnya kepada :

1. Bapak Poerwoto dan Ibu Sundari selaku orang tua penulis yang banyak memberikan motivasi belajar, dorongan semangat, bantuan finansial dan doa. Keluarga besar yang selalu memberikan dukungan semangat.

2. Suntoyo, S.T., M. Eng., Ph.D. selaku dosen pembimbing pertama Tugas Akhir yang telah bersedia membimbing penulis, memberikan ilmu, pengalaman, masukan dan saran, serta dorongan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Drs. Mahmud Mustain, M. Sc., Ph. D., selaku dosen pembimbing kedua Tugas Akhir dan Ketua Laboratorium Energi dan Lingkungan Laut yang telah memberikan perijinan penggunaan laboratorium, memberikan ilmu, masukan dan saran, serta dorongan spiritual dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

4. Bapak M. Mochtar Arif selaku teknisi dan operator Laboratorium Energi dan Lingkungan Laut yang telah bersabar dalam menemani, memberikan masukan dan saran dalam serangkaian kegiatan eksperimen yang dilakukan oleh penulis.

5. Teman-teman pengguna Laboratorium Energi dan Lingkungan Laut, yang telah banyak memberikan bantuan tenaga dan dorongan semangat selama eksperimen dilakukan.

6. Teman ‘Kos Bu Novi’ yang selalu memberikan dukungan dan sedikit bantuan tenaga, serta berbagi susah-senang bersama.

7. Teman-teman Valtameri – L31 yang telah memberikan informasi tentang Tugas Akhir, jurnal, dan sumber-sumber yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir penulis.

Semoga Allah membalas semua kebaikan yang telah dilakukan. Aamiin.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

.............................................................................................. ii

COVER PAGE

.......................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ..................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................... vi

................................................................................... viii

KATA PENGANTAR UCAPAN TERIMA KASIH ........................................................................ ix DAFTAR ISI .................................................................................................. x

..................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR

......................................................................................... xix

DAFTAR TABEL

............................................................................... 1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 4

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 4

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 4

1.5 Batasan Masalah ............................................................................ 5

1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 5 ............................ 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................... 7

2.2 Dasar Teori .................................................................................... 9

2.2.1 Scouring ....................................................................... 9

2.2.2 Gelombang Ireguler ..................................................... 13

2.2.3 Kedalaman Scouring .................................................... 15

2.2.4 Lebar Scouring ............................................................. 17

2.2.5 Laju Propagasi Scouring .............................................. 18

2.2.6 Pengaruh Posisi Pipa ................................................... 18

2.2.7 Pemodelan Fisik .......................................................... 20

2.2.8 Parameter Tak Berdimensi .......................................... 21

DENGAN ANAWARE ...................................................................... A-1

4.3.4 Hasil Eksperimen Scouring untuk Pipa Kondisi

LAMPIRAN

.................................................................................... 87

DAFTAR PUSTAKA

5.2 Saran .............................................................................................. 86

5.1 Kesimpulan ................................................................................... 85

BAB IV PENUTUP ....................................................................................... 85

4.7 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Penelitian Lain ............. 81

4.6 Analisa Hubungan Scouring dengan Parameter Tak Berdimensi . 74

4.5 Validasi Hasil Eksperimen dengan Rumus Empiris ..................... 71

4.4 Hasil Perhitungan Laju Propagasi Scouring ................................. 70

4 mm ......................................................... 63

In - Trench

3 mm ......................................................... 56

2.2.9 Pengujian Specific Gravity dan Ayakan Tanah ........... 23

In - Trench

4.3.3 Hasil Eksperimen Scouring untuk Pipa Kondisi

In - Trench 2 mm ......................................................... 48

4.3.2 Hasil Eksperimen Scouring untuk Pipa Kondisi

4.3.1 Hasil Eksperimen Scouring untuk Pipa Kondisi Meletak ......................................................................... 41

4.3 Hasil Eksperimen Scouring ............................................................ 40

4.2 Data Gelombang ............................................................................ 37

4.1 Data Tanah .................................................................................... 35

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ................................................. 35

3.2 Prosedur Penelitian ........................................................................ 28

3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 27

LAMPIRAN A HASIL PENGOLAHAN DATA GELOMBANG

LAMPIRAN B FOTO HASIL PENGAMATAN SCOURING

TIAP 5 MENIT ................................................................................... B-1

LAMPIRAN C DATA HUBUNGAN SCOURING DENGAN

............................................... C-1

PARAMETER TAK BERDIMENSI

LAMPIRAN D DATA PERBANDINGAN HASIL

EKSPERIMEN DENGAN PENELITIAN LAIN ........................... D-1

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Data Statistik Konsumsi Minyak Indonesia

(Sumber : BP Statistical Review of World Energy) .................... 1

Gambar 2.1 Proses penyaluran fluida dengan subsea pipelines

(Bai & Bai, 2014) ......................................................................... 7

Gambar 2.2 Seepage flow di bawah struktur pipa (Sumer & Freds

e, 2002) . 10

Gambar 2.3 Tunnel erosion di bawah struktur pipa

(Sumer & Freds

e, 2002) ............................................................ 11

Gambar 2.4 Lee-wake erosion pada struktur pipa

(Sumer & Freds

e, 2002) ............................................................ 11

Gambar 2.5 Gelombang ireguler terhadap (a) waktu dan (b) tempat

(Bhattacharyya, 1972) ................................................................. 14

Gambar 2.6 Time development kedalaman scour, (a) Arus, = 0,098

 (Mao, 1986), (b) Gelombang,  = 0,035, KC = 27

(Freds e & Deigaard, 1992) ......................................................... 15

Gambar 2.7 Laju propagasi scouring arah ke kanan (V ) dan ke kiri (V ) pipa

R L

(Cheng et al., 2009) ..................................................................... 18

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ........................................ 27Gambar 3.2 Ukuran diameter model pipa yang digunakan ............................. 29Gambar 3.3 Sketsa pengujian tampak samping .............................................. 29Gambar 3.4 Sketsa pengujian tampak atas ...................................................... 30Gambar 3.5 Flume Tank Jurusan Teknik Kelautan ITS ................................... 32Gambar 3.6 Wave Probe ................................................................................. 32Gambar 4.1 Grafik analisa hasil pengujian pembagian butir tanah ................ 36Gambar 4.2 Pembacaan data format time history (.TMH) dari wave probe dengan menggunakan Excel Refana ........................................... 38Gambar 4.3 Tampilan pengolahan data gelombang menggunakan

AnaWare ..................................................................................... 39

Gambar 4.4 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 5,55 cm dan T avg = 2,02 s ............ 41Gambar 4.5 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 5,55 cm dan T avg = 2,02 s ............ 42Gambar 4.6 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 5,55 cm dan T avg = 2,02 s ............ 42Gambar 4.7 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi meletak dengan

H avg = 5,55 cm dan T avg = 2,02 s ................................................... 43

Gambar 4.8 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,37 cm dan T avg = 2,15 s ............ 44Gambar 4.9 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,37 cm dan T avg = 2,15 s ............ 44Gambar 4.10 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,37 cm dan T avg = 2,15 s .......... 45Gambar 4.11 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi meletak dengan

avg avg

H = 6,37 cm dan T = 2,15 s ................................................. 45

Gambar 4.12 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,92 cm dan T avg = 2,06 s .......... 46Gambar 4.13 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,92 cm dan T avg = 2,06 s .......... 47Gambar 4.14 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi meletak dengan H avg = 6,92 cm dan T avg = 2,06 s .......... 47Gambar 4.15 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi meletak dengan

H avg = 6,92 cm dan T avg = 2,06 s ................................................. 48

Gambar 4.16 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi

avg avg in-trench 2 mm dengan H = 5,63 cm dan T = 2,03 s .......... 49

Gambar 4.17 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 5,63 cm dan T avg = 2,03 s ................................................ 49

Gambar 4.18 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 5,63 cm dan T avg = 2,03 s ................................................ 50

Gambar 4.19 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 2 mm dengan H avg = 5,63 cm dan T avg = 2,03 s .................................... 50Gambar 4.20 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi 2 mm dengan H avg = 6,57 cm dan T avg = 2,18 s ......... 51

in-trench

Gambar 4.21 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 6,57 cm dan T avg = 2,18 s ................................................. 52

Gambar 4.22 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 6,57 cm dan T avg = 2,18 s ................................................. 52

Gambar 4.23 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 2 mm dengan H avg = 6,57 cm dan T avg = 2,18 s .................................... 53Gambar 4.24 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi 2 mm dengan H avg = 6,95 cm dan T avg = 2,07 s ......... 54

in-trench

Gambar 4.25 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 6,95 cm dan T avg = 2,07 s ................................................ 54

Gambar 4.26 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 2 mm dengan

H avg = 6,95 cm dan T avg = 2,07 s ................................................. 55

Gambar 4.27 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 2 mm dengan H avg = 6,95 cm dan T avg = 2,07 s .................................... 55Gambar 4.28 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi 3 mm dengan H avg = 5,99 cm dan T avg = 2,04 s ......... 56

in-trench

Gambar 4.29 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 5,99 cm dan T avg = 2,04 s ................................................. 57

Gambar 4.30 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 5,99 cm dan T avg = 2,04 s ................................................. 57

Gambar 4.31 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 3 mm dengan H avg = 5,99 cm dan T avg = 2,04 s .................................... 58Gambar 4.32 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi 3 mm dengan H avg = 6,48 cm dan T avg = 2,16 s ......... 59

in-trench

Gambar 4.33 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 6,48 cm dan T avg = 2,16 s ................................................ 59

Gambar 4.34 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 6,48 cm dan T avg = 2,16 s ................................................ 60

Gambar 4.35 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 3 mm dengan H avg = 6,48 cm dan T avg = 2,16 s ................................... 60Gambar 4.36 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi

in-trench 3 mm dengan H avg = 7,05 cm dan T avg = 2,06 s ......... 61

Gambar 4.37 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 7,05 cm dan T avg = 2,06 s ................................................ 62

Gambar 4.38 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 3 mm dengan

H avg = 7,05 cm dan T avg = 2,06 s ................................................ 62

Gambar 4.39 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 3 mm dengan H avg = 7,05 cm dan T avg = 2,06 s ................................... 63Gambar 4.40 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi

in-trench 4 mm dengan H avg = 5,22 cm dan T avg = 2,02 s ......... 64

Gambar 4.41 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 5,22 cm dan T avg = 2,02 s ................................................ 64

Gambar 4.42 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 5,22 cm dan T avg = 2,02 s ................................................. 65

Gambar 4.43 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 4 mm dengan H avg = 5,22 cm dan T avg = 2,02 s .................................... 65Gambar 4.44 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi

in-trench 4 mm dengan H avg = 6,08 cm dan T avg = 2,17 s ......... 66

Gambar 4.45 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 6,08 cm dan T avg = 2,17 s ................................................ 67

Gambar 4.46 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 6,08 cm dan T avg = 2,17 s ................................................. 67

Gambar 4.47 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 4 mm dengan H avg = 6,08 cm dan T avg = 2,17 s .................................... 68Gambar 4.48 Kondisi awal (t = 0 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi

in-trench 4 mm dengan H avg = 6,66 cm dan T avg = 2,07 s ......... 68

Gambar 4.49 Kondisi eksperimen scouring pada t = 20 menit pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 6,66 cm dan T avg = 2,07 s ................................................ 69

Gambar 4.50 Kondisi akhir (t = 40 menit) eksperimen scouring pada pipa kondisi in-trench 4 mm dengan

H avg = 6,66 cm dan T avg = 2,07 s ................................................ 69

Gambar 4.51 Perubahan profil 2D scouring pipa kondisi in-trench 4 mm dengan H avg = 6,66 cm dan T avg = 2,07 s ................................... 70

2 Gambar 4.52 Grafik hubungan antara wave steepness parameter (H/gT )

dengan non dimensional scour depth (Sm/D) ............................ 74

2 Gambar 4.53 Grafik hubungan antara wave steepness parameter (H/gT )

dengan non dimensional scour width (Wm/D) ......................... 75

Gambar 4.54 Grafik hubungan antara bilangan KC dengan

non dimensional scour depth (Sm/D) ....................................... 76

Gambar 4.55 Grafik hubungan antara bilangan KC dengan

(Wm/D) ...................................... 76

non dimensional scour width

Gambar 4.56 Grafik hubungan antara buried depth-diameter ratio (e/D) dengan non dimensional scour depth (Sm/D) ........................... 77Gambar 4.57 Grafik hubungan antara buried depth-diameter ratio (e/D) dengan non dimensional scour width (Wm/D) ......................... 78Gambar 4.58 Grafik hubungan antara mobility parameter (

Ψ) dengan non dimensional scour depth (Sm/D) ........................... 79

Gambar 4.59 Grafik hubungan antara mobility parameter (

Ψ) dengan non dimensional scour width (Wm/D) ......................... 79

Gambar 4.60 Grafik hubungan antara shield parameter (

) dengan non dimensional scour depth (Sm/D) ........................... 80

Gambar 4.61 Grafik hubungan antara shield parameter (

) dengan non dimensional scour width (Wm/D) ......................... 81

Gambar 4.62 Perbandingan hasil eksperimen pengaruh KC terhadap non dimensional scour depth (Sm/D) ....................................... 82Gambar 4.63 Perbandingan hasil eksperimen pengaruh e/D terhadap non dimensional scour depth (Sm/D) ....................................... 83

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Variasi percobaan yang akan dilakukan .......................................... 30Tabel 4.1 Hasil pengujian specific gravity ....................................................... 35Tabel 4.2 Hasil analisa pengujian pembagian butir tanah................................ 36Tabel 4.3 Hasil pengolahan data gelombang dengan AnaWare ..................... 40Tabel 4.4 Hasil perhitungan laju propagasi scouring pada setiap variasi eksperimen ...................................................................................... 71Tabel 4.5 Hasil perhitungan k pada setiap variasi eksperimen ....................... 72Tabel 4.6 Hasil perhitungan KC pada setiap variasi eksperimen .................... 72Tabel 4.7 Hasil validasi kedalaman scouring ................................................. 73Tabel 4.8 Hasil validasi lebar scouring ........................................................... 73

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Minyak dan gas bumi merupakan sumber daya alam yang banyak digunakan oleh manusia untuk memenuhi kebutuhan akan energi. Berdasarkan BP Statistical Review of World Energy, konsumsi minyak di Indonesia cenderung mengalami kenaikan. Berikut adalah data konsumsi minyak di Indonesia dari tahun 2005 – 2015.

Data Statistik Konsumsi Minyak Indonesia 1800 1700 1600

) an 1500 u ib (r 1400 D

1300 OP B

1200 1100 1000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

BOPD (ribuan) 1303 1244 1318 1287 1297 1402 1589 1631 1643 1676 1628

Gambar 1.1 Data Statistik Konsumsi Minyak Indonesia

(Sumber : BP Statistical Review of World Energy) Meskipun harga minyak di pasaran sedang jatuh, kegiatan eksplorasi dan eksploitasi di ladang-ladang minyak dan gas baru masih tetap dilakukan karena dianggap masih potensial. Hal ini dikarenakan peningkatan jumlah penduduk yang tidak didukung oleh persedian sumber daya alam yang ada. Terbukti di wilayah perairan Indonesia terdapat 530 buah offshore platform (Suntoyo, 2016).

Salah satu sumber minyak dan gas bumi berada di daerah lepas pantai (offshore). Minyak dan gas bumi berasal dari sumur-sumur melalui proses pengeboran, kemudian diangkut ke atas menggunakan conductor dan riser kemudian disalurkan ke tempat produksi dengan menggunakan sistem perpipaan (piping). Fluida tersebut ada yang langsung diolah di bangunan itu sendiri dan ada juga yang diolah di bangunan lainnya dan ada juga yang diolah di onshore. Fluida yang akan diolah di onshore menggunakan jaringan pipa bawah laut sebagai moda transportasi yang efektif dalam pendistribusiannya dari offshore ke onshore. Begitu pula apabila diproduksi di bangunan lain juga menggunakan pipa sebagai penyalur fluidanya.

Rute yang dilalui oleh pipa tersebut sangat panjang dan beragam. Kondisi morfologi dan lingkungan laut yang beragam juga membuat jaringan pipa bawah laut banyak menemui permasalahan. Oleh karena itu, dalam perancangan pipa bawah laut harus mempertimbangkan kondisi lingkungan mulai dari lokasi, arus, gelombang dan faktor yang lain. Kemudian dilakukan pengecekan dengan standar yang digunakan untuk faktor keamanan.

Salah satu permasalahan yang sering terjadi adalah scouring. Scouring merupakan fenomena alam penggerusan tanah yang diakibatkan oleh arus dan gelombang. Adanya struktur pada lingkungan laut akan mengubah pola aliran arus di lingkungan terdekatnya. Hal ini akan mengakibatkan adanya kontraksi aliran, pembentukan vortex, turbulensi, terjadinya gelombang pecah, difraksi dan refleksi yang memungkinkan adanya material yang terbawa oleh arus (Breusers & Radkivi, 1991). Scouring bisa terjadi pada pipa, baik yang posisi meletak maupun yang terbenam di dalam tanah dengan kedalaman tertentu (Suntoyo, 2016). Scouring mengakibatkan terjadinya free span yang tiap waktu semakin membesar. Apabila hal ini dibiarkan, akan mengakibatkan ketidakstabilan pipa sehingga dapat memicu kegagalan. Kegagalan pada pipa bawah laut dapat menghambat proses produksi dan yang paling parah bisa mengakibatkan kebocoran dan kebakaran yang bisa merusak ekosistem laut. Oleh karena itu, perlu dilakukan inspeksi secara berkala pada struktur bawah laut, seperti subsea pipeline untuk mencegah adanya kegagalan.

Berdasarkan data statistik kegagalan pipa, sebesar 44,3 % kejadian yang terjadi di Delta Missisippi dan Teluk Meksiko diakibatkan oleh freespan

development (Herbich, 1981). Karena scouring dapat membahayakan struktur

bawah laut, banyak penelitian yang dilakukan untuk membahas masalah . Mulai dari Kjeldsen et al. (1973) hingga dikembangkan oleh Sumer

scouring

dan Freds e (2002). Selain peneliti tersebut, penelitian scouring pada subsea juga pernah dilakukan oleh beberapa mahasiswa Jurusan Teknik

pipeline

Kelautan ITS Surabaya, diantaranya Nugroho (2011) yang menganalisa pipa bawah laut Kodeco jalur Poleng

scouring

– Gresik dengan variasi tipe tanah. Penelitian tersebut menghasilkan kesimpulan bahwa semakin kecil diameter butiran tanah, maka semakin mudah terjadinya scouring. Selain itu, Nugraha (2012) yang menganalisa pengaruh scouring pada pipa bawah laut (studi kasus pipa gas transmisi SSWJ jalur pipa gas Labuhan Maringgai – Muara Bekasi. Penelitian tersebut menghasilkan kesimpulan bahwa semua zona telah memenuhi kriteria frekuensi vortex shedding (f ) < 0,7 frekuensi natural (f ).

s n

Semakin besar kedalaman scouring, maka panjang freespan yang diijinkan semakin kecil. Dari penelitian Nugraha tersebut, dikembangkan lagi dengan pemodelan 2D oleh Pebriantina (2016) dengan variasi diameter pipa dan kondisi in-trench. Penelitian tersebut menghasilkan kesimpulan bahwa semakin besar diameter pipa, kedalaman dan lebar scouring juga semakin besar. Selain Pebriantina (2016), Budiarti (2016) juga melakukan penelitian tentang pemodelan numerik profil 2D scouring pada pipa bawah laut dengan variasi jarak clearance terhadap dasar laut. Penelitian tersebut menghasilkan kesimpulan bahwa nilai kedalaman scouring akan menurun akan semakin menurun seiring bertambahnya nilai e (gap/clearance).

Dari penelitian yang telah dilakukan mahasiswa diatas, belum ada penelitian tentang analisa scouring terhadap pipa bawah laut akibat gelombang ireguler dan studi eksperimennya. Sebelumnya, Suntoyo dkk. (2016) berhasil mengembangkan model tegangan geser dasar, yaitu laju sedimen dasar akibat pergerakan gelombang ireguler dan applikasinya ke perubahan morfologi pantai. Penelitian tersebut mendapatkan hasil yang akurat dibandingkan dengan pengukuran di Laboratorium Flume Tank Jurusan Teknik Kelautan ITS. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini akan dibahas tentang studi eksperimen scouring pada pipa akibat gelombang ireguler dengan kondisi meletak dan in-trench. Ukuran diameter pipa yang ditinjau adalah 16 inch. Pipa tersebut akan ditinjau pada pada lokasi perairan dengan kondisi gelombang ireguler. Eksperimen ini akan dilakukan di Laboratorium Flume Tank Jurusan Teknik Kelautan. Sebelum dilakukan eksperimen, akan dibuat model terlebih dahulu. Setelah eksperimen selesai, dilakukan analisa dan pembahasan terkait hasil eksperimen hingga mendapatkan kesimpulan.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan diangkat pada studi eksperimen tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana hasil kedalaman dan lebar scouring akibat gelombang ireguler pada pipa dengan kondisi meletak maupun in-trench ?

2. Begaimana laju propagasi scouring akibat gelombang ireguler pada pipa dengan kondisi meletak maupun in-trench ?

3. Bagaimana hubungan kedalaman dan lebar scouring dengan parameter-

parameter tak berdimensi, yaitu wave steepness (H/gT ), KC number, (e/D), mobility parameter

burial depth to diameter ratio

(Ψ) dan shield ( ) ?

parameter 

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari studi eksperimen tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1.

Mendapatkan nilai kedalaman dan lebar scouring akibat gelombang ireguler pada pipa dengan kondisi meletak maupun in-trench.

2. Mengetahui laju propagasi scouring akibat gelombang ireguler pada pipa dengan kondisi meletak maupun in-trench.

3. Mengetahui hubungan antara kedalaman dan lebar scouring dengan

parameter tak berdimensi, yaitu wave steepness (H/gT ), KC number, (e/D), mobility parameter

burial depth to diameter ratio (Ψ) dan shield parameter (  ).

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penulis untuk tugas akhir ini adalah dapat dijadikan bahan perbandingan hasil analisa scouring menggunakan metode eksperimen dengan menggunakan metode yang lainnya, misal metode numerik atau metode perhitungan manual. Selain itu, penelitian ini diharapkan mampu menemukan rumus empiris untuk kondisi (e/D < 0). Penelitian ini juga diharapkan bisa dikembangkan lebih jauh lagi dengan pemodelan 3D scouring pada pipa.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah diberikan dalam studi eksperimen tugas akhir ini agar pembahasan tidak melebar dari topik yang dibahas. Berikut adalah batasan masalah pada penelitian tugas akhir ini : 1.

Tidak ada pelindung pada pipa.

2. Kemiringan seabed diabaikan.

3. Gelombang yang dimodelkan adalah gelombang ireguler.

4. Tinggi gelombang dan periode gelombang ditentukan.

5. Kedalaman perairan disesuaikan dengan kapasitas laboratorium.

6. Analisa scouring yang dilakukan merupakan analisa dua dimensi.

7. Metode yang digunakan adalah metode eksperimen.

8. Ukuran diameter pipa yang akan ditinjau adalah 16 inch.

9. Jenis, berat, dan tebal pipa pada eksperimen diabaikan.

10. Nilai e/D yang divariasikan lebih kecil atau sama dengan 0.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I Pendahuluan Bab ini menjelaskan beberapa hal tentang penelitian dalam tugas akhir, yaitu latar belakang dilakukannya penelitian ini, perumusan masalah yang diangkat, tujuan yang digunakan untuk menjawab permasalahan yang diangkat, manfaat dari penelitian tugas akhir yang dilakukan, batasan dari penelitian tugas akhir ini agar pembahasan tidak meluas, serta penjelasan dari sistematika laporan yang digunakan dalam tugas akhir. BAB II Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka dan dasar teori yang menjadi acuan dalam menyelesaikan perumusan masalah yang ada di penelitian tugas akhir ini.

BAB III Metodologi Penelitian Bab ini menjelaskan urutan langkah-langkah yang dilakukan secara terperinci untuk menyelesaikan permasalahan yang ada di penelitian tugas akhir ini.

BAB IV Analisa dan Pembahasan Hasil Bab ini menjelaskan tentang semua hasil yang diperoleh pada eksperimen yang dilakukan. Hasil tersebut kemudian diolah untuk digunakan dalam menjawab rumusan masalah yang ada di penelitian tugas akhir ini.

BAB V Kesimpulan dan Saran Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan yang telah didapatkan dari hasil eksperimen pada tugas akhir ini dan saran-saran penulis sebagai pertimbangan dalam keperluan penelitian selanjutnya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Dalam dunia kelautan, sistem perpipaan bawah laut (subsea pipeline) digunakan untuk moda transportasi pendistribusian gas dan minyak dari

ke tempat produksi (Sumer & Freds

e, 2002). Minyak dan

offshore platform

gas berasal dari reservoir yang terletak di bawah lapisan tanah. Setelah tersebut terdeteksi, selanjutnya akan dilakukan pengeboran (drilling)

reservoir

sebagai langkah awal dimulainya kegiatan eksploitasi minyak mentah dan gas alam tersebut. Setelah dilakukan pengeboran, conductor akan diturunkan untuk mengangkut fluida tersebut ke atas platform. Untuk proses pengolahan atau produksi fluida tersebut bisa dilakukan di platform itu sendiri, ada yang disalurkan ke platform lain dan ada juga yang diolah atau diproduksi di onshore. Dan alat yang digunakan untuk menyalurkan fluida tersebut adalah subsea

. Hal ini dikarenakan jaringan pipa bawah laut merupakan media

pipeline

transportasi yang efektif dan ekonomis untuk pengangkutan minyak dan gas alam (Gao & Jeng, 2005). Berikut adalah gambar ilustrasi penyaluran atau pendistribusian fluida.

Gambar 2.1 Proses penyaluran fluida dengan subsea pipelines

(Bai & Bai, 2014) Sejak pertama kali digunakan di Gulf Mexico, subsea pipeline kemudian digunakan di daerah Mediterania, Australia, Asia Tenggara dan Amerika Latin (Mouselli, 1981). Indonesia, sebagai salah satu negara Asia Tenggara memiliki 530 offshore platform dan jaringan pipa bawah laut yang tersebar di berbagai wilayah perairan Indonesia. Namun, pada berbagai tempat, aturan dan standar tentang penggelaran pipa belum sepenuhnya dilaksanakan dengan baik (Suntoyo, 2016).

Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada subsea pipeline adalah penggerusan tanah (scouring). Adanya struktur pipa itu sendiri yang akan mengubah pola aliran arus di lingkungan terdekatnya. Berubahnya pola aliran ini akan mengakibatkan adanya kontraksi, pembentukan vortex, turbulensi, terjadinya gelombang pecah, difraksi dan refleksi yang memungkinkan adanya material yang terbawa oleh arus. Semakin banyak material yang terbawa arus akan menyebabkan terjadinya bentangan bebas (free span). Apabila hal ini dibiarkan, akan mengakibatkan ketidakstabilan pipa sehingga dapat memicu kegagalan yang mengancam kerusakan lingkungan dan kerugian materiil. Oleh karena itu, perhitungan scouring harus dipertimbangkan dalam proses desain pipa. Selain itu, diperlukan juga adanya pemeriksaan atau inspeksi berkala untuk mencegah terjadinya kegagalan pada struktur pipa.

TUGAS AKHIR (MO 141326) STUDI EKSPERIMEN SCOURING PADA PIPA AKIBAT GELOMBANG IREGULER DENGAN KONDISI MELETAK DAN IN-TRENCH